1952年10月20日一早，美军出动30架次B26轰炸机，对上甘岭进行地毯式轰炸，300余门重炮同时实施轰击，40多辆坦克由于受地形限制无法实施集团突击，干脆抵近高地作为固定火力点，直接支援步兵进攻。美军投入战斗的步兵共三个营，采取多路多波次集团冲锋，后三角队形，兵力由小到大，一波接一波，在宪兵队的督战下，轮番冲锋。 

激烈的炮火使得整个上甘岭都被硝烟所笼罩，相隔百米就无法看到信号枪的光亮，双方只好都使用迫击炮发射信号炮弹来进行联络。黄昏时分，志愿军部队经连续一天一夜的激战，伤亡巨大，后援无济，无力再战，只得放弃表面阵地退入坑道。除597.9高地西北山梁上的四个阵地外，其余阵地均告失守，崔建功原先苦心安排只攻不守的王牌八连，无法撤下，继续在上甘岭战斗，此时仅剩15人，在连长李保成的率领下退入一号坑道。 

当晚，军参谋长张蕴钰赶到四十五师师部，听取作战情况报告。崔建功汇报部队伤亡已超过3500人，一三四团和一三五团总共只剩下二三百人，全师已经没有一个完整的建制营了。张蕴钰大为震惊，责问为什么不及时报告？一三四团团长张占元表示，还能组织机关和勤杂人员继续战斗。张蕴钰痛心不已。秦基伟知道这一情况立即在军部召开紧急作战会议，决定从军部的直属部队和机关中抽调人员，补充四十五师。鉴于四十五师已无力组织反击，便改变战术，以坑道斗争、与小分队反击为主要手段，消耗疲惫敌军，为主力调整部署、准备大规模反击赢得时间。 

秦基伟后来回忆说：“在战斗开始的第一周内，我虽伤亡大，但看到敌人伤亡更大，便认为敌人不久就要收兵。特别是当阵地被敌人占领后，脑子发热，想一巴掌把他打下去。所以我对崔建功师长讲了那样的话，打不下来就不要回来见我。我这句话放出去不要紧，下面脑子更热，一股血气上来就拼命，增大了伤亡。”